电子设备和系统大多是由高集成度的电路为核心,半导体器件是它们的基本组成部分。电磁脉冲(EMP)可以通过电子系统上的缝隙或天线等耦合进入系统,使系统内的电子器件或线路发生干扰、翻转或烧毁。因此,研究电磁脉冲对电子系统的作用,开展电子系统电磁脉冲效应的数值模拟研究具有十分重要的意义。以往的研究手段基本是在器件的SPICE电路模型这一层次进行的,电路全部采用SPICE模型进行描述。电阻、电容等集总原件的SPICE模型是准确的,而半导体器件的SPICE模型很少考虑EMP辐射下的大电流或大电压效应,数值模拟的结果往往不够准确。因此,需要进一步考虑如何对半导体器件进行更精细的数值模拟,并将其整合到SPICE模型中。为此,本组开展了通用二维半导体器件模拟软件GSRES(General—purpose Semiconductor Radiation Effect Simulator)的研制。GSRES可以仿真硅、锗、砷化镓材料的二极管、三极管、JFET、MOSFET和MESFET等。它的仿真功能包括了平衡态计算,外接电路情况下的瞬态效应分析和自动Ⅳ曲线扫描等。但是,GSRES仅能对单个器件进行数值模拟,虽然在电极上附加集总参数电路元件后,可以计算一些简单的电路,可对于稍微复杂一些的外电路结构就无能为力了。所以,为了将电子系统的电磁脉冲效应模拟容纳到电路模拟的框架下,本文实现了半导体器件/电路混合模拟,为SPICE软件增加了与GSRES软件的接口——数值器件(NDEV)。NDEV本质上是一个TCP/IP的网络接口,它向GSS发送器件节点的电压信息,GSS接收后计算出SPICE电路分析需要的传导矩阵以及等效电流源信息再发回NDEV。这样,电路模拟在SPICE控制下完成,电路中不重要的元件可以直接使用SPICE提供的模型,关键器件则采用GSRES进行精细的数值模拟。如果在一个电路中需要数值模拟多个器件,SPICE可以同时调用多个GSRES进程,每个GSRES进程完成一个器件的计算,最后由SPICE将它们耦合到一起。这样就实现了半导体器件/电路的混合模拟。作为算例,对典型数字电路进行了EMP效应的数值模拟,验证了半导体器件/电路混合模拟的有效性。